RU2365994C1 - Method of detecting distortions, caused by gibbs effect, in jpeg-coding - Google Patents

Method of detecting distortions, caused by gibbs effect, in jpeg-coding Download PDF

Info

Publication number
RU2365994C1
RU2365994C1 RU2008103519/12A RU2008103519A RU2365994C1 RU 2365994 C1 RU2365994 C1 RU 2365994C1 RU 2008103519/12 A RU2008103519/12 A RU 2008103519/12A RU 2008103519 A RU2008103519 A RU 2008103519A RU 2365994 C1 RU2365994 C1 RU 2365994C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
distortion
gibbs effect
caused
image
block
Prior art date
Application number
RU2008103519/12A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Екатерина Витальевна ТОЛСТАЯ (RU)
Екатерина Витальевна ТОЛСТАЯ
Original Assignee
Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд."
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." filed Critical Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд."
Priority to RU2008103519/12A priority Critical patent/RU2365994C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2365994C1 publication Critical patent/RU2365994C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Compression Of Band Width Or Redundancy In Fax (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)

Abstract

FIELD: information technology.
SUBSTANCE: invention relates to digital photography, more specifically to analysis of digital image quality. The method of detecting distortions caused by Gibbs effect in JPEG coding involves evaluation of the size of the coding unit with relative the given resolution of the printing device; determination for each coding unit, whether the size of the unit makes it distinctive to the human eye with the required printing resolution, of the approximate metric of distortion distinctiveness, caused by Gibbs effect; setting to zero corresponding elements of the approximate metric of distortion distinctiveness, caused by Gibbs effect if their values are below the preferred threshold; calculation for zero elements of the approximate metric of distortion distinctiveness, caused by Gibbs effect, of the corresponding distortion dispersion; dispersion is zeroed for the rest of the elements.
EFFECT: invention can be used in detecting distortions during JPEG coding.
4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к цифровой фотографии, а более конкретно к анализу качества цифрового изображения, и может найти применение для эффективного выявления искажений при использовании JPEG-кодирования.The invention relates to digital photography, and more particularly to the analysis of digital image quality, and may find application for the effective detection of distortion when using JPEG encoding.

Методика кодирования, известная как JPEG (термин JPEG образован от английского названия Объединенной Группы Экспертов-Фотографов), была принята в качестве стандарта (см. http://www.jpeg.org/) [1], который широко используется для сжатия цифровых данных, образующих фотоизображение. Обычно, чтобы добиться заметного коэффициента сжатия, применяют дискретное косинусное преобразование (DCT) и квантование. При JPEG-кодировании изображение разбивают на мелкие блоки, обычно имеющие размер 8×8 пикселей, и к этим блокам применяют кодировочное преобразование, а именно дискретное косинусное преобразование (DCT). В результате кодировочного преобразования вместо конкретного числа пикселей получают эквивалентное число коэффициентов преобразования (DCT коэффициенты). Затем эти коэффициенты квантуются.A coding technique known as JPEG (the term JPEG is derived from the English name of the Joint Photographic Experts Group) was adopted as a standard (see http://www.jpeg.org/) [1], which is widely used to compress digital data forming a picture. Typically, discrete cosine transform (DCT) and quantization are used to achieve a noticeable compression ratio. In JPEG encoding, the image is divided into small blocks, usually having a size of 8 × 8 pixels, and an encoding transform, namely, discrete cosine transform (DCT), is applied to these blocks. As a result of the encoding conversion, instead of a specific number of pixels, an equivalent number of transform coefficients (DCT coefficients) is obtained. Then these coefficients are quantized.

Квантование - это операция, заключающаяся в том, что DCT коэффициенты делят нацело на матрицу квантования, чье значение соответствует каждой частоте области. За счет квантования значение частотной компоненты с малым DCT коэффициентом становится нулевым. Вообще энергия концентрируется в низкочастотной области сигнала изображения, и, следовательно, высокочастотная составляющая удаляется посредством этой операции.Quantization is an operation in which DCT coefficients are divided entirely into a quantization matrix, whose value corresponds to each frequency of the region. Due to quantization, the value of the frequency component with a small DCT coefficient becomes zero. In general, energy is concentrated in the low-frequency region of the image signal, and therefore, the high-frequency component is removed by this operation.

Таким образом, некоторый объем информации об изображении утрачивается в процессе квантования, вызывая появление так называемых блочных артефактов (искажений) и артефактов, вызванных эффектом Гиббса, после восстановления цифрового изображения путем применения обратного кодировочного преобразования к набору квантованных коэффициентов преобразования для реконструкции кодированного изображения. Искажения проявляются в районе границ смежных блоков в виде неоднородности (скачка) яркости, контраста и/или цвета. Искажения, вызванные эффектом Гиббса, проявляются на резких границах яркости (краях объектов) и обычно представляют собой нечеткие, серые линии вблизи края. С увеличением коэффициента сжатия проявление этих искажений также увеличивается.Thus, a certain amount of information about the image is lost during the quantization process, causing the appearance of the so-called block artifacts (distortions) and artifacts caused by the Gibbs effect after reconstructing the digital image by applying the inverse coding transform to the set of quantized transform coefficients for reconstructing the encoded image. Distortions appear in the region of the boundaries of adjacent blocks in the form of an inhomogeneity (jump) in brightness, contrast, and / or color. The distortions caused by the Gibbs effect appear at sharp brightness boundaries (edges of objects) and usually are fuzzy, gray lines near the edge. With an increase in compression ratio, the manifestation of these distortions also increases.

Чтобы уменьшить искажения, вызванные эффектом Гиббса, было предложено большое количество различных алгоритмов и способов. Однако большинство решений основано на выявлении краев, что является сложной и ненадежной процедурой, оптимальные параметры которой неизвестны.To reduce the distortions caused by the Gibbs effect, a large number of different algorithms and methods have been proposed. However, most decisions are based on identifying edges, which is a complex and unreliable procedure, the optimal parameters of which are unknown.

Решение, предложенное в патенте США №6,845,180 [1], связано с обнаружением областей, на которых возможны искажения, вызванные эффектом Гиббса. Изобретатель пришел к выводу о том, что эти искажения можно предвидеть путем выявления тех областей изображения, которые имеют относительно высокое значение яркости и высокую контрастность. Блоки, которые могут быть подвержены таким искажениям, выявляются путем сравнения яркости каждого пикселя и его соседа по горизонтали с первым пороговым значением Т1 и абсолютной величиной яркостного контраста между соседними по горизонтали пикселями со вторым пороговым значением Т2. Если одно из значений яркости превышает первый порог, и разность больше, чем второй порог, пиксель маркируют. Ту же самую проверку проводят с вертикальным соседом. Если число маркированных (отмеченных) пикселей превышает третий порог, блок считается кандидатом на последующую обработку.The solution proposed in US patent No. 6,845,180 [1] is associated with the discovery of areas in which distortions due to the Gibbs effect are possible. The inventor came to the conclusion that these distortions can be foreseen by identifying those areas of the image that have a relatively high brightness value and high contrast. Blocks that may be subject to such distortions are detected by comparing the brightness of each pixel and its horizontal neighbor with the first threshold value T1 and the absolute value of the brightness contrast between the horizontal horizontal pixels with the second threshold value T2. If one of the brightness values exceeds the first threshold, and the difference is greater than the second threshold, the pixel is marked. The same check is carried out with a vertical neighbor. If the number of marked (marked) pixels exceeds the third threshold, the block is considered a candidate for further processing.

В патенте США №6,707,952 [2] блоки-кандидаты на последующую обработку отбираются в том случае, если они имеют доминирующий край. Для этого используются маски горизонтального и вертикального края: [-101] и [-101]T. Абсолютные значения величин разностей пикселей накапливаются в двух переменных, для разностей по горизонтали и по вертикали. Направление края определяют путем сравнения этих двух величин друг с другом, при этом если «горизонтальная» сумма больше, чем «вертикальная», то предполагается присутствие горизонтального края и наоборот. Максимум вычисленных значений называется "содержимым края", и после сопоставления "содержимого края" с заданным порогом гладкости решают, является ли самый сильный край доминантой или нет (если "да", то текущий блок обрабатывают с целью удаления искажения).In US Pat. No. 6,707,952 [2], candidate blocks for further processing are selected if they have a dominant edge. To do this, use the horizontal and vertical edge masks: [-101] and [-101] T. The absolute values of the values of the pixel differences are accumulated in two variables, for the horizontal and vertical differences. The direction of the edge is determined by comparing these two values with each other, if the “horizontal” sum is greater than the “vertical”, then the presence of a horizontal edge is assumed and vice versa. The maximum of the calculated values is called the "edge content", and after comparing the "edge content" with a given smoothness threshold, it is decided whether the strongest edge is dominant or not (if yes, then the current block is processed to remove distortion).

В международной патентной публикации № WO 99/22509 [3] упоминаются так называемые "блочный семафор" и "семафор звона", которые определяют, нуждается ли текущий кодирующий блок в последующей обработке. Блочный семафор и семафор звона обнаруживают путем анализа распределения обратных коэффициентов квантования, которые являются коэффициентами дискретно-косинусного преобразования (DCT), после того как сжатый двоичный поток подвергнется обратному квантованию. "Предполагая, что самый верхний с левой стороны пиксель блока среди 64 пикселей, составляющих блок размером 8×8 пикселей, является пикселем А, пиксель справа от пикселя А является пикселем В, и пиксель ниже пикселя А является пикселем С, семафор звона (RS) устанавливают на "I", что означает, что требуется последующая обработка, если какой-либо из пикселей, помимо пикселей А, В и С обратного квантования блока 8×8 пикселей, имеет ненулевой коэффициент". Однако это простое решение обеспечивает недостаточную точность и приводит к получению многочисленных ложных срабатываний.International Patent Publication No. WO 99/22509 [3] refers to the so-called “block semaphore” and “ringing semaphore”, which determine whether the current coding block needs further processing. The block semaphore and the ping semaphore are detected by analyzing the distribution of the inverse quantization coefficients, which are the discrete cosine transform (DCT) coefficients, after the compressed binary stream undergoes inverse quantization. "Assuming that the topmost left pixel of the block among the 64 pixels making up a 8 × 8 pixel block is pixel A, the pixel to the right of pixel A is pixel B, and the pixel below pixel A is pixel C, ringing semaphore (RS) set to "I", which means that further processing is required if any of the pixels, in addition to the pixels A, B and C of the inverse quantization of the 8 × 8 pixel block, has a non-zero coefficient. " However, this simple solution provides insufficient accuracy and leads to numerous false positives.

В патенте США №6,748,113 [4] присутствие искажения, вызванного эффектом Гиббса, выявляется путем классификации кодировочного блока по трем классам, используя четыре предопределенных процедуры. Классификация в любую из процедур заключается в сравнении абсолютных значений коэффициентов DCT в заштрихованных областях с некоторой предопределенной величиной.In US Pat. No. 6,748,113 [4], the presence of distortion caused by the Gibbs effect is detected by classifying a coding block into three classes using four predefined procedures. Classification in any of the procedures consists in comparing the absolute values of the DCT coefficients in shaded areas with a certain predetermined value.

В патенте США №7,050,649 [5] присутствие искажений, вызванных эффектом Гиббса, выявляется путем сравнения локального градиента, вычисленного с использованием четырех смежных выборок изображения, с предопределенным порогом.In US Pat. No. 7,050,649 [5], the presence of distortions caused by the Gibbs effect is detected by comparing a local gradient calculated using four adjacent image samples with a predetermined threshold.

В патенте США №7,003,173 [6] первые края вычисляют, используя фильтр Roberts. Затем края классифицируют в те края, которые нуждаются в устранении искажений, вызванных эффектом Гиббса, края, которые нуждаются в повышении четкости, или края, которые не нуждаются ни в том, ни в другом, при этом классификация основана на «силе» края и "True Edge Threshold" (пороге истинного края), а также на признаке, является ли текущий край "истинным визуальным краем" или нет.In US Pat. No. 7,003,173 [6], the first edges are calculated using a Roberts filter. Then the edges are classified into those edges that need to eliminate the distortions caused by the Gibbs effect, edges that need to be sharper, or edges that don't need either, the classification is based on the “strength” of the edge and “ True Edge Threshold "(True Edge Threshold), as well as on whether the current edge is a" true visual edge "or not.

В патенте США №6,807,317 [7] выявляют первые края и сглаживают для удаления искажений.In US patent No. 6,807,317 [7] identify the first edges and smooth to remove distortion.

Различные метрики для искажений, вызванных эффектом Гиббса, были предложены в литературе, они основаны, главным образом, на обнаружении края и оценке колебаний около основных краев.Various metrics for distortions caused by the Gibbs effect have been proposed in the literature; they are mainly based on edge detection and estimation of vibrations near the main edges.

В публикации Feng, X., J.P.Allebach, "Measurement of ringing artifacts in JPEG images". Digital Publishing. Edited by Allebach, Jan P.; Chao, Hui. Proceedings of the SPIE, Volume 6076, pp.74-83 (2006). [8] предлагается выявлять ложные блоки, содержащие искажения, вызванные эффектом Гиббса, путем анализа усредненного краевого градиента в блоке. Метрики для искажений, вызванных эффектом Гиббса, основываются на измерении локального воздействия, как усредненного абсолютного значения градиентов яркости, с учетом концепции «Едва Различимых Отличий» по Chou и Li из статьи С. Chou and Y. Li, "A perceptually tuned sub-band image coder based on the measure of just-noticeable distortion profile," IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol. 5(6), pp.467-476, 1995 [9].In Feng, X., J.P. Allebach, "Measurement of ringing artifacts in JPEG images." Digital Publishing Edited by Allebach, Jan P .; Chao, Hui. Proceedings of the SPIE, Volume 6076, pp. 74-83 (2006). [8] it is proposed to detect false blocks containing distortions caused by the Gibbs effect by analyzing the average edge gradient in the block. The Gibbs effect distortion metrics are based on measuring local exposure as the average of the absolute value of the brightness gradients, taking into account the concept of “Barely Distinguished Differences” by Chou and Li from S. Chou and Y. Li, “A perceptually tuned sub-band image coder based on the measure of just-noticeable distortion profile, "IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol. 5 (6), pp. 467-476, 1995 [9].

В работе Oguz, S.H.; Hu, Y.H.; Nguyen, T.Q, "Image coding ringing artifact reduction using morphological post-filtering", Multimedia Signal Processing, 1998 IEEE Second Workshop on Volume, Issue, 7-9 Dec 1998 Page(s): 628-633 [10] предложено использовать так называемую «Метрику Измерения Искажений, вызванных эффектом Гиббса» (VRM), основанную на усредненной локальной дисперсии в области основных краев. Сначала создают маску VRM путем выполнения операций по обнаружению краев и морфологических операций над краями. Затем строят локальную усредненную дисперсию вокруг краев, избегая слишком плавных краев.In the work of Oguz, S.H .; Hu, Y.H .; Nguyen, TQ, "Image coding ringing artifact reduction using morphological post-filtering", Multimedia Signal Processing, 1998 IEEE Second Workshop on Volume, Issue, 7-9 Dec 1998 Page (s): 628-633 [10] proposed to use the so-called The Gibbs Effect Distortion Measurement Metric (VRM) based on averaged local variance in the region of the main edges. First, create a VRM mask by performing edge detection operations and morphological operations on the edges. Then build a local averaged dispersion around the edges, avoiding too smooth edges.

В статье Ying-Wen Chang and Yen-Yu Chen, "Alleviating-Ringing-Artifact Filter Using Voting Scheme", ICGST International Journal on Graphics, Vision and Image Processing, Special Issue on Applicable Image Processing [11] изображение разбивается на гладкие, краевые или текстурированные области путем применения метода дерева. Способ устранения искажений, вызванных эффектом Гиббса, в этом случае основан на применении морфологических операций. Для выбора оптимального структурирующего элемента для морфологической операции применяют голосование.In the article by Ying-Wen Chang and Yen-Yu Chen, "Alleviating-Ringing-Artifact Filter Using Voting Scheme", ICGST International Journal on Graphics, Vision and Image Processing, Special Issue on Applicable Image Processing [11], the image is divided into smooth, edge or textured areas by applying the tree method. The way to eliminate distortions caused by the Gibbs effect in this case is based on the use of morphological operations. Voting is used to select the optimal structural element for the morphological operation.

Способ, описанный в статье Marziliano, P., Dufaux, F., Winkler, S., and T. Ebrahimi "Perceptual Blur and Ringing Metrics: Application to JPEG 2000", Signal Processing: Image Communication, Volume 19, No 2, February 2004, pp.163-172 (10) [12], основан на вычислении разности между исходным и кодированным изображениями. Предлагается определить метрику искажений, вызванных эффектом Гиббса, для каждого значительного вертикального края. Сначала определяют вертикальные края в исходном изображении (слабые края и шум вновь отсеиваются путем применения порогового значения), и вычисляют разность между обработанным изображением и исходным. Затем каждый ряд в обработанном изображении сканируют и измеряют искажения вокруг каждого края.The method described in Marziliano, P., Dufaux, F., Winkler, S., and T. Ebrahimi "Perceptual Blur and Ringing Metrics: Application to JPEG 2000", Signal Processing: Image Communication, Volume 19, No. 2, February 2004, pp.163-172 (10) [12], based on the calculation of the difference between the original and encoded images. It is proposed to determine the metric of distortions caused by the Gibbs effect for each significant vertical edge. First, vertical edges are determined in the original image (weak edges and noise are again eliminated by applying a threshold value), and the difference between the processed image and the original is calculated. Then, each row in the processed image is scanned and distortion is measured around each edge.

В докладе S.Yang, Y.Hu, T.Q.Nguyen, and D.L.Tull, "Maximum-likelihood parameter estimation for image ringing-artifact removal," IEEE Trans. Circuits Syst. Video TechnoL, vol.11, no. 8, pp.963-973, Aug 2001 [13] авторы предлагают применить кластеризацию методом k-средних к блоку, содержащему искажения, вызванные эффектом Гиббса, для создания плоскостной модели, заменяющей волнистую поверхность плоскостью, для оценки интенсивности исходного (несжатого) изображения. Авторы исходят из предположения, что оценка исходного изображения представляет собой монтаж из плоских поверхностей. Чтобы обрабатывать широкий класс изображений, плоскостную модель применяют локально к малым областям изображения. Прежде всего определяют число классов для различных кусочков изображения (для областей с текстурой и для областей, содержащих только резкие края). Затем авторы сводят модель к группированию по трем классами для простоты расчетов. Этот способ наиболее близок к заявляемому изобретению.In a report by S. Yang, Y. Hu, T.Q. Nguyen, and D.L. Tull, "Maximum-likelihood parameter estimation for image ringing-artifact removal," IEEE Trans. Circuits Syst. Video TechnoL, vol. 11, no. 8, pp. 963–973, Aug 2001 [13], the authors propose applying k-means clustering to a block containing distortions caused by the Gibbs effect to create a planar model replacing a wavy surface with a plane to estimate the intensity of the original (uncompressed) image. The authors proceed from the assumption that the assessment of the original image is an assembly of flat surfaces. To process a wide class of images, a planar model is applied locally to small areas of the image. First of all, the number of classes is determined for various pieces of the image (for areas with texture and for areas containing only sharp edges). The authors then reduce the model to grouping in three classes for ease of calculation. This method is closest to the claimed invention.

Все упомянутые способы требуют весьма высоких вычислительных ресурсов, поскольку либо применяют операцию по выявлению краев, либо предусматривают использование исходного (несжатого) изображения.All these methods require very high computing resources, because either they use the operation to identify the edges, or involve the use of the original (uncompressed) image.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в разработке такого способа выявления искажений, вызванных эффектом Гиббса, при JPEG-кодировании, который позволял бы обойтись без операции по обнаружению краев и без проведения сравнительного анализа кодированного изображения с исходным изображением.The problem to which the claimed invention is directed is to develop such a method for detecting distortions caused by the Gibbs effect during JPEG encoding, which would make it possible to do without an edge detection operation and without performing a comparative analysis of the encoded image with the original image.

Технический результат достигается за счет использования нового способа, заключающегося в том, что выполняют следующие операции:The technical result is achieved through the use of a new method, which consists in the following operations being performed:

- оценивают размер кодировочного блока по отношению к заданному разрешению печатающего устройства;- evaluate the size of the encoding unit in relation to a given resolution of the printing device;

- определяют для каждого кодировочного блока в случае, если размер блока делает его различимым для человеческого глаза при требуемом разрешении печати, приблизительную метрику различимости искажения, вызванного эффектом Гиббса;- determine for each coding block, if the block size makes it visible to the human eye at the required print resolution, the approximate metric of the distinguishability of distortion caused by the Gibbs effect;

- устанавливают на нуль соответствующие элементы приблизительной метрики различимости искажения, вызванного эффектом Гиббса, в случае, если они имеют значения ниже предопределенного порога;- set to zero the corresponding elements of the approximate metric of distinguishability of distortion caused by the Gibbs effect, if they have values below a predetermined threshold;

- вычисляют для ненулевых элементов приблизительной метрики различимости искажения, вызванного эффектом Гиббса, соответствующую дисперсию искажения, для остальных элементов дисперсию считают нулевой (обнуляют).- calculate for nonzero elements of the approximate metric of distinguishability of the distortion caused by the Gibbs effect, the corresponding variance of the distortion, for the other elements the variance is considered zero (zero).

Для эффективного функционирования заявляемого способа важно, чтобы приблизительную метрику различимости искажения, вызванного эффектом Гиббса, для текущего кодировочного блока изображения вычисляли на основе числа ненулевых DCT коэффициентов, наибольшего индекса ненулевого DCT коэффициента при зигзагообразном сканировании текущего кодировочного блока изображения и восьми кодировочных блоков изображения, прилегающих к текущему кодировочному блоку изображения.For the effective operation of the proposed method, it is important that the approximate metric of distinguishability of distortion caused by the Gibbs effect for the current image coding block is calculated based on the number of non-zero DCT coefficients, the largest index of non-zero DCT coefficients in a zigzag scan of the current image coding block and eight image coding blocks adjacent to current image encoding block.

Для эффективного функционирования заявляемого способа важно, чтобы предопределенный порог вычисляли на основе максимального значения приблизительной метрики различимости искажения помимо всех других значений.For the effective functioning of the proposed method, it is important that the predetermined threshold is calculated based on the maximum value of the approximate metric of the distinguishability of distortion in addition to all other values.

Для эффективного функционирования заявляемого способа важно, чтобы дисперсию искажения вычисляли на основе группирования (кластеризации) интенсивностей декодированного изображения.For the effective functioning of the proposed method, it is important that the distortion variance is calculated based on the grouping (clustering) of the intensities of the decoded image.

Заявляемый способ применим как для черно-белых, так и для цветных изображений.The inventive method is applicable for both black and white, and for color images.

Новизна заявляемого изобретения подтверждается следующими факторами:The novelty of the claimed invention is confirmed by the following factors:

- в заявляемом изобретении не применяется поиск краев;- in the claimed invention does not apply the search for edges;

- вероятность присутствия искажения, вызванного эффектом Гиббса, рассчитывают в частотной области на основе простой и эффективной формулы;- the probability of the presence of distortion caused by the Gibbs effect is calculated in the frequency domain based on a simple and effective formula;

- заявляемый способ определения серьезности (силы) искажения, вызванного эффектом Гиббса, основан на кластеризации интенсивностей пикселей.- the claimed method for determining the severity (strength) of distortion caused by the Gibbs effect, based on the clustering of pixel intensities.

Для лучшего понимания существа заявляемого изобретения далее приводится его детальное описание с привлечением графических материалов.For a better understanding of the essence of the claimed invention the following is a detailed description with the involvement of graphic materials.

Фиг.1 - Схема основных компонентов системы, реализующей заявляемый способ.Figure 1 - Scheme of the main components of a system that implements the inventive method.

Фиг.2 - Основные операции процедуры выявления искажений, вызванных эффектом Гиббса.Figure 2 - The main operations of the procedure for detecting distortions caused by the Gibbs effect.

Фиг.3 - Процедура вычисления приблизительной метрики различимости искажения, вызванного эффектом Гиббса, этап 202.Figure 3 - Procedure for computing an approximate metric of distinguishability of distortion caused by the Gibbs effect, step 202.

Фиг.4 - Базисные функции решетки косинусного преобразования с надпечатанным индексом зигзагообразного сканирования на каждой базисной функции, аналогично упорядочению блока 8×8 коэффициентов DCT после квантования.Figure 4 - The basis functions of the cosine transform lattice with a printed zigzag scan index on each basis function, similar to ordering a block of 8 × 8 DCT coefficients after quantization.

Фиг.5 - Процедура вычисления дисперсии искажения, этап 204.Figure 5 - Procedure for calculating the distortion variance, step 204.

Фиг.6 - Результаты выявления искажения, вызванного эффектом Гиббса, где исходное (сжатое) изображение помещено сверху, а дисперсия искажения надпечатана на нижнем изображении.6 - The results of the detection of distortion caused by the Gibbs effect, where the original (compressed) image is placed on top, and the distortion dispersion is imprinted on the lower image.

На Фиг.1 представлена блок-схема основных компонентов системы, с помощью которой реализуется заявляемый способ. Функционирование системы управляется процессором 101, который выполняет код программы, записанный в памяти 102. В памяти 102 хранится исходное черно-белое или цветное фотоизображение. Изображение обрабатывают и передают на устройство 104 отображения. Обмен информацией осуществляется через шину 106 данных.Figure 1 presents a block diagram of the main components of the system, with which the inventive method is implemented. The functioning of the system is controlled by a processor 101, which executes the program code recorded in the memory 102. The original black-and-white or color photo image is stored in the memory 102. The image is processed and transmitted to the display device 104. Information is exchanged via data bus 106.

На Фиг.2 представлены основные этапы обнаружения искажений. На этапе 201 определяют, различим ли кодировочный блок изображения человеческим глазом при данном разрешении печатающего устройства. Пусть разрешение печатающего устройства равно Х точек/дюйм (обычно 300-400 точек/дюйм), размер пикселя кодировочного блока равен 8 пикселям, тогда ширина и высота блока при печати равны 8/Х дюймов. В случае, если этот размер неразличим человеческим глазом, изображение далее не обрабатывают, поскольку блочные искажения в этом случае также неразличимы, и никакие искажения окружения не обнаружены, этап 205.Figure 2 presents the main stages of detecting distortion. At step 201, it is determined whether the encoding block of the image is visible to the human eye at a given resolution of the printing apparatus. Let the resolution of the printing device be equal to X dots / inch (usually 300-400 dpi), the pixel size of the encoding block is 8 pixels, then the width and height of the block when printing is 8 / X inches. If this size is indistinguishable by the human eye, the image is not further processed, since block distortions are also indistinguishable in this case, and no environmental distortions are detected, step 205.

В противном случае выполняют следующие процедуры. На этапе 202 для каждого кодировочного блока изображения вычисляют приблизительную метрику искажения, вызванного эффектом Гиббса. Детали этапа 202 приведены ниже. На этапе 203 вычисленная приблизительная метрика искажения, вызванного эффектом Гиббса, сопоставляется с пороговым значением таким образом, что все элементы, которые меньше, чем предопределенное пороговое значение, обнуляются. Пороговое значение определено как максимальное значение среди всех значений приблизительной метрики различимости искажения, вызванного эффектом Гиббса, умноженных на число, которое меньше единицы, в предпочтительном варианте реализации изобретения это значение равно 0,5. На этапе 204 для всех блоков, чья соответствующая приблизительная метрика различимости искажения больше нуля, осуществляют вычисление дисперсии искажения. Детали этапа 204 представлены ниже. В результате устанавливают, что все блоки, имеющие ненулевую дисперсию, подвержены искажениям, вызванным эффектом Гиббса, в то время как остальные блоки не подвержены данным искажениям.Otherwise, perform the following procedures. At step 202, an approximate metric of distortion caused by the Gibbs effect is calculated for each image encoding block. Details of step 202 are provided below. At step 203, the calculated approximate metric of distortion caused by the Gibbs effect is compared with the threshold value so that all elements that are smaller than the predetermined threshold value are reset. The threshold value is defined as the maximum value among all values of the approximate metric of distinguishability of distortion caused by the Gibbs effect, multiplied by a number that is less than unity, in the preferred embodiment of the invention, this value is 0.5. At step 204, for all blocks whose corresponding approximate distortion distinguishability metric is greater than zero, the distortion variance is calculated. Details of step 204 are presented below. As a result, it is established that all blocks having nonzero dispersion are subject to distortions caused by the Gibbs effect, while the remaining blocks are not subject to these distortions.

На Фиг.3 представлена процедура вычисления приблизительной метрики различимости искажений, вызванных эффектом Гиббса, этап 202. На этапе 301 вычисляют, начиная от первого кодировочного блока изображения, приблизительную метрику различимости искажения, вызванного эффектом Гиббса, для текущего кодировочного блока изображения.Figure 3 presents the procedure for calculating the approximate metric of distinguishability of distortion caused by the Gibbs effect, step 202. At step 301, starting from the first encoding block of the image, calculate the approximate metric of distinguishability of distortion caused by the Gibbs effect for the current encoding block of the image.

Модель появляющихся искажений, вызванных эффектом Гиббса, может быть сформулирована в соответствии со следующими правилами.The model of appearing distortions caused by the Gibbs effect can be formulated in accordance with the following rules.

Текущий блок (подверженный данному искажению) имеет высокую активность, то есть он представлен достаточным числом ненулевых DCT коэффициентов.The current block (subject to this distortion) has a high activity, that is, it is represented by a sufficient number of nonzero DCT coefficients.

По меньшей мере, один из его восьми соседей (сверху, снизу, слева или справа, слева-вверху, слева-внизу, справа-вверху, справа-внизу) представляет собой гладкий блок (малое число ненулевых коэффициентов).At least one of its eight neighbors (top, bottom, left or right, left-top, left-bottom, right-top, right-bottom) is a smooth block (a small number of non-zero coefficients).

Текущий блок сжат, и, в основном, причина искажений заключается в квантовании, это означает, что число нулевых коэффициентов DCT также значительно.The current block is compressed, and the main reason for the distortion is quantization, which means that the number of zero DCT coefficients is also significant.

Рассмотрим основные функции DCT и индексы зигзагообразного сканирования для JPEG кодирования. На Фиг.4 индекс зигзагообразного сканирования надпечатан на каждой базисной функции, точно так же, как блок 8х8 коэффициентов DCT упорядочивается после квантования. Для каждого обрабатываемого блока 8×8 изображения найдены следующие значения:Consider the basic DCT features and zigzag scan indices for JPEG encoding. 4, a zigzag scan index is imprinted on each basis function, in the same way that a block of 8x8 DCT coefficients is ordered after quantization. For each 8 × 8 image block being processed, the following values were found:

1. Максимальный индекс ненулевого коэффициента DCT, если блок организован с применением зигзагообразного порядка в векторе, imax.1. The maximum index of the non-zero DCT coefficient, if the block is organized using a zigzag order in the vector, i max .

2. Число ненулевых DCT коэффициентов NDCT.2. The number of non-zero DCT coefficients N DCT .

3. Те же самые значения для его восьми соседей (смежных блоков), 8×8 пикселей, сверху, снизу, слева, справа, слева-вверху, слева-внизу, справа-вверху, справа-внизу.

Figure 00000001
Figure 00000002
, k=0…7.3. The same values for its eight neighbors (adjacent blocks), 8 × 8 pixels, top, bottom, left, right, top left, bottom left, top right, bottom right.
Figure 00000001
Figure 00000002
, k = 0 ... 7.

Приблизительную метрику различимости искажения, вызванного эффектом Гиббса, RM, вычисляют для текущего кодировочного блока изображения, используя следующие формулы:The approximate metric of distinguishability of the distortion caused by the Gibbs effect, RM, is calculated for the current image encoding block using the following formulas:

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

гдеWhere

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

(64-NDCT) - число нулевых DCT коэффициентов в текущем блоке. Чем больше число, тем выше сжатие;(64-N DCT ) - the number of zero DCT coefficients in the current block. The larger the number, the higher the compression;

θ(G1<0) равно 1, если рассматриваемый блок имеет самое большое число ненулевых DCT коэффициентов среди его соседей;θ (G 1 <0) is 1 if the block in question has the largest number of non-zero DCT coefficients among its neighbors;

θ(G2<0) равно 1, если рассматриваемый блок имеет самый большой показатель последнего ненулевого DCT коэффициента среди его соседей;θ (G 2 <0) is 1 if the block in question has the largest index of the last non-zero DCT coefficient among its neighbors;

θ(imax≥5) равно 1, если искажения, вызванные эффектом Гиббса, имеют достаточно высокую частоту.θ (i max ≥5) is equal to 1 if the distortions caused by the Gibbs effect have a sufficiently high frequency.

На этапе 302 заявляемый способ переходит к следующему кодировочному блоку изображения. На этапе 303 проверяют выполнение условия, имеются ли какие-нибудь необработанные блоки изображения. Если 303 дает положительный ответ, вычисление приблизительной метрики различимости искажения, вызванного эффектом Гиббса, заканчивают. В противном случае рассматривают следующий блок изображения, и этапы 301-303 повторяют.At step 302, the inventive method proceeds to the next image encoding block. At step 303, the condition is checked whether there are any raw image blocks. If 303 gives a positive answer, the calculation of the approximate metric of distinguishability of distortion caused by the Gibbs effect is completed. Otherwise, consider the next block of the image, and steps 301-303 repeat.

Фиг.5 представляет подробности процедуры вычисления дисперсии искажения, этап 204. На этапе 501 осуществляют проверку, не превышает ли нулевого значения приблизительная метрика различимости искажения, вызванного эффектом Гиббса. Если проверка на этапе 501 дает отрицательный результат, дисперсия искажения для текущего блока обнуляется. В противном случае вычисляют дисперсию искажения для текущего кодировочного блока изображения, этап 502. Дисперсия искажения вычисляется для того, чтобы определить силу (серьезность) искажения, вызванного эффектом Гиббса. Нецелесообразно просто рассчитать дисперсию потенциальной области, подверженной искажениям, поскольку очень высока вероятность того, что эта область включает в себя четко выраженный край. Цель состоит в том, чтобы измерить дисперсию нечеткости (размытости) около края. С этой целью интенсивности пикселей кластеризируют (группируют) в блоке, подверженном искажениям. Пиксели кластеризируют (группируют) в пределах такого блока в несколько классов с использованием алгоритма k-средних. Группировку проводят по двум, трем и четырем классам, при этом выбирают тот, у которого ошибка кластеризации является наименьшей. Вычисляют среднее значение между дисперсией обнаруженных классов. Дисперсия множества интенсивностей {x1…xN} пикселей вычисляется по стандартной формуле (<x> - среднее значение):Figure 5 presents the details of the procedure for calculating the distortion variance, step 204. At step 501, a check is made to see if the approximate metric of distinguishability of distortion caused by the Gibbs effect is not greater than zero. If the check in step 501 yields a negative result, the distortion variance for the current block is zeroed. Otherwise, the distortion dispersion is calculated for the current image encoding block, step 502. The distortion dispersion is calculated in order to determine the strength (severity) of the distortion caused by the Gibbs effect. It is impractical to simply calculate the variance of a potential region susceptible to distortion, since it is very likely that this region includes a distinct edge. The goal is to measure the dispersion of fuzziness (blur) near the edge. To this end, pixel intensities are clustered (grouped) in a block subject to distortion. Pixels are clustered (grouped) within such a block into several classes using the k-means algorithm. Grouping is carried out in two, three and four classes, while choosing the one with the least clustering error. The average value between the variance of the detected classes is calculated. The dispersion of the set of intensities {x 1 ... x N } pixels is calculated by the standard formula (<x> is the average value):

Figure 00000007
Figure 00000007

Рассчитывают дисперсию между фактическими интенсивностями пикселя и "оценками для плоских поверхностей", полученными посредством кластеризации. В результате оценка силы искажения, вызванного эффектом Гиббса, выдается как дисперсия в блоке, подверженном искажениям.The variance between the actual pixel intensities and the “estimates for flat surfaces” obtained by clustering is calculated. As a result, the estimate of the distortion strength caused by the Gibbs effect is given as the variance in the block subject to distortion.

На этапе 504 способ переходит к следующему кодировочному блоку изображения. На этапе 505 проверяют, имеются ли еще необработанные блоки изображения. Если таких блоков нет, то выполнение способа завершают. В противном случае приступают к рассмотрению следующего блока изображения и повторяют этапы 501-505. В результате делают заключение о том, что все блоки, которые имеют ненулевую дисперсию, подвержены искажениям, вызванным эффектом Гиббса, а остальные блок не подвержены данным искажениям.At 504, the method proceeds to the next image encoding block. At step 505, it is checked whether there are still raw image blocks. If there are no such blocks, then the execution of the method is completed. Otherwise, they begin to consider the next image block and repeat steps 501-505. As a result, they conclude that all blocks that have nonzero dispersion are subject to distortions caused by the Gibbs effect, and the remaining blocks are not subject to these distortions.

Предложенный способ применим для цифровых камер, слайдовых сканнеров, камерафонов, принтеров или т.п.The proposed method is applicable to digital cameras, slide scanners, camera phones, printers or the like.

Следует учитывать, что все вышеизложенное приведено в качестве примера реализации заявляемого способа, поэтому для специалиста в данной области должно быть ясно, что возможны различные замены, дополнения и модификации, не выходящие за объем охраны, определенный в данном описании и в прилагаемой формуле изобретения.It should be borne in mind that all of the above is given as an example of the implementation of the proposed method, therefore, it should be clear to a person skilled in the art that various replacements, additions and modifications are possible without departing from the scope of protection defined in this description and in the attached claims.

Claims (4)

1. Способ выявления искажений, вызванных эффектом Гиббса, при JPEG-кодировании, заключающийся в выполнении следующих операций:
оценивают размер кодировочного блока по отношению к заданному разрешению печатающего устройства;
определяют для каждого кодировочного блока, в случае, если размер блока делает его различимым для человеческого глаза при требуемом разрешении печати, приблизительную метрику различимости искажения, вызванного эффектом Гиббса;
устанавливают на нуль соответствующие элементы приблизительной метрики различимости искажения, вызванного эффектом Гиббса, в случае, если они имеют значения ниже предопределенного порога;
вычисляют для ненулевых элементов приблизительной метрики различимости искажения, вызванного эффектом Гиббса, соответствующую дисперсию искажения, для остальных элементов дисперсию обнуляют.
1. A method for detecting distortions caused by the Gibbs effect during JPEG encoding, which consists in performing the following operations:
evaluating the size of the encoding unit in relation to a given resolution of the printing device;
determine for each coding block, if the size of the block makes it visible to the human eye at the required print resolution, an approximate metric of distinguishability of distortion caused by the Gibbs effect;
set to zero the corresponding elements of the approximate distinguishability metric of distortion caused by the Gibbs effect, if they have values below a predetermined threshold;
for nonzero elements of the approximate metric of distinguishability of distortion caused by the Gibbs effect, the corresponding dispersion of the distortion is calculated, for the remaining elements the dispersion is zeroed.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что приблизительную метрику различимости искажения, вызванного эффектом Гиббса, для текущего кодировочного блока изображения вычисляют на основе числа ненулевых DCT коэффициентов, наибольшего индекса ненулевого DCT коэффициента при зигзагообразном сканировании текущего кодировочного блока изображения и восьми кодировочных блоков изображения, прилегающих к текущему кодировочному блоку изображения.2. The method according to claim 1, characterized in that the approximate metric of distinguishability of distortion caused by the Gibbs effect for the current encoding block of an image is calculated based on the number of non-zero DCT coefficients, the largest index of a non-zero DCT coefficient in a zigzag scan of the current encoding block of an image, and eight encoding blocks images adjacent to the current image encoding block. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что предопределенный порог вычисляют на основе максимального значения приблизительной метрики различимости искажения, вызванного эффектом Гиббса, помимо всех других значений.3. The method according to claim 1, characterized in that the predetermined threshold is calculated based on the maximum value of the approximate metric of the distinguishability of distortion caused by the Gibbs effect, in addition to all other values. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что дисперсию искажения вычисляют на основе кластеризации интенсивностей декодированного изображения. 4. The method according to claim 1, characterized in that the distortion variance is calculated based on the clustering of intensities of the decoded image.
RU2008103519/12A 2008-02-05 2008-02-05 Method of detecting distortions, caused by gibbs effect, in jpeg-coding RU2365994C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008103519/12A RU2365994C1 (en) 2008-02-05 2008-02-05 Method of detecting distortions, caused by gibbs effect, in jpeg-coding

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008103519/12A RU2365994C1 (en) 2008-02-05 2008-02-05 Method of detecting distortions, caused by gibbs effect, in jpeg-coding

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2365994C1 true RU2365994C1 (en) 2009-08-27

Family

ID=41150003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008103519/12A RU2365994C1 (en) 2008-02-05 2008-02-05 Method of detecting distortions, caused by gibbs effect, in jpeg-coding

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2365994C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2755092C1 (en) * 2020-11-23 2021-09-13 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" Method for forming image with local brightness gradient and device for its implementation
RU2788314C1 (en) * 2022-05-25 2023-01-17 Общество с ограниченной ответственностью "СМАРТ ЭНДЖИНС СЕРВИС" Method for detecting and localizing a falsified area in jpeg images

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2755092C1 (en) * 2020-11-23 2021-09-13 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" Method for forming image with local brightness gradient and device for its implementation
RU2788314C1 (en) * 2022-05-25 2023-01-17 Общество с ограниченной ответственностью "СМАРТ ЭНДЖИНС СЕРВИС" Method for detecting and localizing a falsified area in jpeg images

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tang et al. Learning a blind measure of perceptual image quality
JP4423298B2 (en) Text-like edge enhancement in digital images
Zoran et al. Scale invariance and noise in natural images
JP5270573B2 (en) Method and apparatus for detecting block artifacts
KR101112139B1 (en) Apparatus and method for estimating scale ratio and noise strength of coded image
US8315475B2 (en) Method and apparatus for detecting image blocking artifacts
CN101877127B (en) Image reference-free quality evaluation method and system based on gradient profile
JP2006507775A (en) Method and apparatus for measuring the quality of a compressed video sequence without criteria
US10013772B2 (en) Method of controlling a quality measure and system thereof
JP2006050494A (en) Image photographing apparatus
CN110324617A (en) Image processing method and device
JP4093413B2 (en) Image processing apparatus, image processing program, and recording medium recording the program
Alaei et al. Document image quality assessment based on improved gradient magnitude similarity deviation
Barland et al. Blind quality metric using a perceptual importance map for JPEG-20000 compressed images
Chen et al. A universal reference-free blurriness measure
RU2365994C1 (en) Method of detecting distortions, caused by gibbs effect, in jpeg-coding
Triantaphillidou et al. Image quality comparison between JPEG and JPEG2000. II. Scene dependency, scene analysis, and classification
Yalman A histogram based image quality index
CN111445435B (en) Multi-block wavelet transform-based reference-free image quality evaluation method
RU2402070C2 (en) Method of removing distortions from digital images
CN111354048B (en) Quality evaluation method and device for obtaining pictures by facing camera
JP2005318614A (en) Method for reducing artifact in input image
Tolstaya et al. Removal of blocking and ringing artifacts in JPEG-coded images
Zhang et al. Local binary pattern statistics feature for reduced reference image quality assessment
JP2009095004A (en) Method of filtering pixels in sequence of images

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20170921

PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200206